Bilinmesi Gereken 4 Temel Topraklama Arızası Koruma Şeması

Arızalı koruma şemaları; mühendisin tecrübesine bağlı olarak, detaylı olarak geliştirilebilirken; ortak uygulamadaki çoğu şema, toprak arıza tespiti yöntemlerine dayanmaktadır. Toprak arıza tespiti yöntemlerinin detayları yazımızda .

A- A+

26.11.2018 tarihli yazı 10827 kez okunmuştur.

Topraklama Toprak Arızası Akım Trafosu

Düşük empedans ile sağlam bir şekilde topraklanmış dağıtım devreleri, toprak arızalarının hızlı bir şekilde temizlenmesini gerektirir. Bu hız ihtiyacı özellikle, iletim hattına bağlı düşük voltajlı ve topraklı üçgen-yıldız devrelerinde geçerlidir.Burda sorun, ana ve besleyici devre koruyucu cihazlar arasındaki koordinasyonun yanı sıra düşük toprak arıza akımlarını tespit etmede duyarlılığı da barındırır.Şimdi, bu toprak arıza tespiti yöntemlerini beraber inceleyelim:

1)Artık Bağlantı

Orta gerilim sistemlerini korumak için artık bağlı röle yaygın olarak kullanılmaktadır . Gerçek toprak akımı; toprak rölesi ve topraklama hatası akımına orantılı bir akımla tepki verecek şekilde birbirine bağlanan akım trafosu tarafından ölçülür.
Röle ve akım trafolarını kullanan bu şema, genellikle düşük voltajlı sistemlere uygulanmaz. Bununla birlikte düşük voltajlı sistemler, içerisinde üç adet akım trafosu bulundurur ve toprak arızası korumasını sağlamak için katı hal görüntü cihazlarıyla bağlantılı olarak bağlanır.

Artık terimi, üç fazlı sistem bağlantıları içindir. Tek fazlı veya çoklu sinyal karıştırmasına nadiren de olsa uygulanır.Temel artık şeması aşağıda gösterilmiştir. Her faz rölesi ilgili akım trafosunun çıkış devresine bağlanır. Ortak veya artık devresine bağlı bir toprak rölesi ise toprak arıza akımını ölçer.

►İlginizi Çekebilir: Elektrik Dağıtım Şebekeleri

Üç fazlı üç telli sistemlerde, üç akım trafosunun çıkışındaki akım sıfır olduğundan, normal koşullar altında artık bacağından hiçbir akım akmaz .

Bu durum aynı zamanda faz-faz kısa devreler için de geçerlidir. Bir topraklama arızası meydana geldiğinde, topraktan dönen kısa devre akımı, faz iletkenlerini ve akım trafolarını atlar. Çıkıştaki akım artık bacağından akar ve rölesini çalıştırır.Dört telli devrelerde, akımın kesikli bölümünde gösterildiği gibi, nötr devreye dördüncü bir akım trafosu bağlanmalıdır. Nötr iletken, hem 60 Hz tek fazlı yük dengesizlik akımını hem de harmonik akımlarını taşır.Nötr ve iletken akım trafosu olmadan, iletkendeki akım topraklama rölesi topraklama arızası olarak görünür ve zemin rölesinin dengesiz yük koşullarında açılmasını önlemek için yeterince hassasiyetsizleştirilmesi gerekir.

Artık bağlı rölelerin seçiciliği, akım trafosu oranı ve röle başlatma ayarı tarafından belirlenir. Akım trafosu oranı normal yük devreleri için yeterince yüksek olmalıdır. Ayrıca dikkate alınacak olan, her fazdaki dengesiz birincil akımlardır. Bunların tamamı, motor çalıştırma sırasında bir aralığa neden olmak için yeterli asimetrik akım içerebilir. Bu nedenle, hassas toprak arızası koruma şemaları, artık bağlı bir devre söz konusu olduğunda kullanılmaz. Daha yüksek hassasiyete sahip toprak arıza koruması gerekiyorsa, temel denge yöntemi dikkate alınmalıdır.

2)Çekirdek Dengesi

Çekirdek denge yöntemi, birincil akım fazör ilavesi veya akıların toplamına dayanmaktadır. Çekirdek denge akım trafosu veya sensörü, çeşitli düşük gerilimli topraklama hatası koruma sistemlerinin temelidir.

Çekirdek-denge akım trafosu sıklıkla bir sıfır-dizisi sensörü ya da akım trafosu penceresi olarakta adlandırılır; ancak akım trafolarının fonksiyonlarını tarif ettiğinden çekirdek dengesi terimi tercih edilmektedir.
Çekirdek-denge akım trafosu devresi aşağıda gösterilmiştir:

Tüm yük taşıma iletkenleri akım trafolarındaki aynı açıklıktan geçer ve aynı manyetik çekirdek tarafından çevrelenir.
Çekirdek denge akım trafoları, baralar üzerinde kullanımı için dikdörtgen tasarımlar çoğunlukta olmak üzere birkaç uygun şekil ve boyutta mevcuttur .Bu yöntem rezidüel yönteme göre daha hassas olabilir. Çünkü sensör derecesi, olası bir dengesizlik için yeterince büyüktür.

►İlginizi Çekebilir: Röleler ile Trafo Korumanın 8 Yolu

Normal koşullar altında (yani dengeli, dengesiz veya tek fazlı yük akımları veya topraklama içermeyen kısa devreler - tüm iletkenler düzgün bir şekilde kapatılmışsa), akım akar ve akım trafosu üzerinden geri döner. Akım trafosu çekirdeğinde üretilen net akı sıfırdır ve toprak rölesinde akım akmaz.Bir topraklama hatası oluştuğunda, toprak arıza akımı topraklama devresi üzerinden geri döner ve akım trafosunu atlar. Akım trafosu çekirdeğinde üretilen akı, toprak arıza akımıyla orantılıdır ve röle devresine ikincil akım trafosuna orantılı bir akım akar.

Sadece faz iletkenleri kapalıysa ve nötr akım sıfır değilse, dönüştürülmüş akım yük ile veya nötr akım ile orantılıdır.Kablo koruyucusu gibi topraklanmış iletkenlere sahip sistemler, akım trafosu topraklamasını yalnızca toprak ve iletkenleri değil, sadece faz ve nötr iletkenleri çevrelemelidir. Akım trafosu ve röle doğru şekilde eşleştirildiğinde, topraklama hatası tespiti istenilen kadar hassas yapılabilir.

Rölenin hızı, hasarı sınırlar. Akım yada zamanın her ikisi için de seçiciliği elde etmek için ayarlanabilir. Birçok toprak koruma sistemi, artık çekirdek-denge akım trafoları ile çalışmak üzere özel olarak tasarlanmış katı hal rölelerine sahiptir. Röleler sırayla devre koruyucu cihazı açar. Güç şalterleri, termik-manyetik şalterler veya elektrikle çalışan sigortalı anahtarlar kullanılabilir.
Son kısmı ise, devre kesici kontakları kullanan, ancak mevcut kısa devre akımlarını kesmek için akım sınırlayıcı sigortalara bağlı olan koruyucuları içerir.Kontaktörler ve kombine motor yol vericiler, cihazın kesintiye uğrayan kabiliyetinin mevcut toprak arıza akımına eşit olduğu veya aştığı durumlarda kullanılabilir.

3)Zemin Dönüşümü

Toprak geri dönüş rölesi, aşağıda grafikte gösterilmiştir. Topraklama hatası akımı, nötr baradaki akım trafosu üzerinden toprak-bara bağlantısına geri döner. Besleme devreleri için yalıtım kesimi, iletim yolu veya kanalda zemin arıza akımını taşımak için yalıtkanın üzerinden bağlanan bir birleştirme jumperi olarak yerleştirilebilir. Böylece jamperi kapatan akım trafosu toprak hatasını tespit eder. Ancak bu yöntem, yalıtımlı bir eklemin korunmasının zorluğundan dolayı besleme devreleri için tavsiye edilmez .

►İlginizi Çekebilir: Elektrik Tesislerinde Topraklama

4)Zemin Diferansiyeli

Zemin diferansiyeli, fazör, cebirsel çıkarmayı veya sinyallerin eklenmesini kullanan çeşitli şemalar için kullanılır . Akımlar, 1-3 bölümleri arasında anlatılan yöntemlerden herhangi biri ile üretilebilir.
Diferansiyel şeması ile çekirdek-denge akım trafoları, giden besleyicilerin her birine monte edilir ve başka bir düşük oranlı akım trafosu da toprağa yerleştirilir.

Bu düzenleme , besleyici akım transformatörlerinin ötesindeki toprak arızaları için yanlış açılma olmaksızın düşük topraklama hatası akımlarına duyarlı hale getirilebilir .Diferansiyel bölgenin dışında meydana gelen yüksek büyüklükteki hataların yanlış açılmasını önlemek için tüm akım trafoları dikkatli bir şekilde eşleştirilmelidir.

Devre Hassasiyeti

Toprak arıza algılama duyarlılığını etkileyen faktörler şunlardır:

►Dalgalanma durdurucular, korumalı kablolar ve motor sargıları tarafından çekilen devre şarj akımı

►Devre kolu ve besleme arasındaki koordinasyon adımlarının sayısı

►Koordinasyonda artık bağlı röleleri beslemek için kullanılan en büyük akım trafosunun birincil derecesi ve doğruluğu

►Artık bağlı röleler için kullanılan akım trafolarının ne kadar iyi eşleştirildiği

►Akım trafoları üzerindeki yük, özellikle artık bağlı rölenin yükü

►Faz ve kaçak bağlantılar için seçilmiş röleler ile maksimum arıza akımı ve akım trafoları üzerindeki etkisi

►Arıza temas direnci

►Çekirdek-denge transformatörleri içindeki iletkenlerin yeri

Kaynak:

►Electrical Engineering Portal